專利名稱：電化學(xué)生物傳感器通用便攜式檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器檢測儀，特別是一種電化學(xué)生物傳感器通用便攜式檢測儀，屬亍生化分析儀器 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在醫(yī)療檢測、食品安全和環(huán)境保護等領(lǐng)域，對分析檢測方法和儀器的要求越來越趨向于便攜式、快速、 低成本、操作簡單，在某些場合要能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場檢測或在線實時監(jiān)測。然而，現(xiàn)有的很多方法還是依賴丁-大型昂貴的實驗儀器，分析檢測時間長、成本高、對操作者的技能要求高。不能很好地滿足實際應(yīng)用的需 要。電化學(xué)生物傳感器是一種將生物化學(xué)反應(yīng)信息直接轉(zhuǎn)換為易測量的電流或電壓等信號的傳感器。除了 貝-有高靈敏度和選擇性的特性外，電化學(xué)生物傳感器的檢測儀器不需要光學(xué)或其它復(fù)雜器件，更容易小型 化，制作成本低。因而在各種分析檢測領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
目前電化學(xué)生物傳感器的檢測儀器主要是臺式電化學(xué)工作站，通過計算機操作，功能性高，但是體積 大，價格貴，不適合在實際應(yīng)用中推廣。個人檢測用血糖儀是一種基于電化學(xué)生物傳感器技術(shù)的產(chǎn)品，己 在商業(yè)上得到成功應(yīng)用。血糖儀采用的檢測方法為恒電位計時電流法或電量法，激勵電壓參數(shù)由硬件設(shè)置, 儀器專用程度高，幾乎每種型號的血糖儀只能使用特定的一種電極試紙。本發(fā)明可與常見的具有三電極體 系或二電極體系的各種電化學(xué)生物傳感器，尤其是小型或微型的電化學(xué)生物傳感器芯片配合使用，實現(xiàn)計 時電流法、計時電量法和多種伏安法檢測功能，具有一定的通用性。只要簡單修改程序參數(shù)就可以適用于 新的電化學(xué)生物傳感器。儀器體積小，采用電池供電，具有便攜性，適合在分析現(xiàn)場使用，能夠滿足快速 檢測的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電化學(xué)生物傳感器通用便攜式檢測儀，以擴大電化學(xué)生物傳感器實際應(yīng)用 的范圍和提高其實際應(yīng)用能力。該檢測儀能夠與常見的具有三電極體系或二電極體系的各種電化學(xué)生物傳 感器配合使用，實現(xiàn)計時電流法、計時電量法和多種伏安法檢測功能。并具有體積小，成本低的特點。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括微控制器、電源管理模塊、恒電位模塊、E卞ROM存 儲器、時鐘管理器、溫度傳感器、蜂鳴器、按鍵輸入模塊和液晶顯示模塊。電源管理模塊與微控制器的 VDD和GND引腳相連。恒電位模塊與微控制器的數(shù)模轉(zhuǎn)換引腳D/A和模數(shù)轉(zhuǎn)換引腳A/D相連。E2PROM 存儲器的SCL和SDA引腳分別與微控制器的SCL和SDA引腳相連，通過I2C協(xié)議通訊。溫度傳感器的 DQ引腳與微控制器的一個I/O引腳相連，為單總線通訊方式。時鐘管理器、蜂鳴器、按鍵輸入模塊和液 晶顯示模塊均與微控制器的I/O引腳直接相連。
所述的檢測儀，電源管理模塊中采用2節(jié)CR2032鈕扣電池(6V)供電，可向微控制器和其它電路提 供3.3V、 -3.3V電壓和2.5V參考電壓。其中，3.3V電壓由6V電壓經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器后獲得，3.3V電壓再經(jīng) 電壓變換器生成-3.3V電壓，2.5V參考電壓由參考電壓源芯片輸出。
所述的檢測儀，恒電位模塊的WE、 CE和RE三個引腳，分別與三電極體系的電化學(xué)生物傳感器的工 作電極、對電極和參比電極相連。傳感器為兩電極體系時，WE接工作電極，CE和RE均與對電極相連。 電化學(xué)生物傳感器工作時的激勵電壓由微控制器的DAC和恒電位模塊提供，產(chǎn)生的電流信號經(jīng)運算放大 器轉(zhuǎn)換為電壓信號后輸入至微控制器A/D引腳，由微控制器讀取并進行計算處理。
所述的檢測儀，輸入輸出功能分別由按鍵輸入模塊和液晶顯示模塊來執(zhí)行。按鍵輸入模塊由2個按鍵 組成；液晶顯示模塊可選用段碼式、字符點陣或圖形點陣類型。
所述的檢測儀，還具有以下實用性功能。儀器操作過程中和結(jié)果顯示時，具有蜂鳴器提示聲音。時鐘 管理器和E卞ROM存儲器共同實現(xiàn)對檢測時間和結(jié)果的記錄存儲。溫度傳感器用來實現(xiàn)溫度檢測功能，在溫度敏感性高的檢測體系中對結(jié)果進行溫度校正。
所述的檢測儀，采用混合信號片上系統(tǒng)類型的微控制器，集成數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC和模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC功能， 甚至更多其它功能。
本發(fā)明具有實質(zhì)性特點和顯著進步。檢測儀以高集成度、低功耗、實用性為原則設(shè)計，采用集成度高、 功能強、性價比高的元器件。電路結(jié)構(gòu)緊湊，儀器尺寸小且制作成本低。同時，本發(fā)明充分考慮到了電化 學(xué)生物傳感器的結(jié)構(gòu)特點和對檢測儀的功能要求，采用靈活的接口設(shè)計，并提供常用的計時電流法、計時 電量法和多種伏安法。檢測功能還能通過程序軟件進一步提升。


圖l本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖
圖2本發(fā)明中電源管理模塊電路示意圖
圖3本發(fā)明中恒電位模塊及其與傳感器電極((l):三電極體系；(2): 二電極體系)的連接方式示
意圖
具體實施方案
如圖1所示，本發(fā)明包括微控制器、電源管理模塊、恒電位模塊、E^ROM存儲器、時鐘管理器、溫 度傳感器、蜂鳴器、按鍵輸入模塊和液晶顯示模塊。電源管理模塊與微控制器的VDD和GND引腳相連。 恒電位模塊與微控制器的數(shù)模轉(zhuǎn)換引腳D/A和模數(shù)轉(zhuǎn)換引腳A/D相連。E牛ROM存儲器的SCL和SDA引 腳分別與微控制器的SCL和SDA引腳相連，通過I2C協(xié)議通訊。溫度傳感器的DQ引腳與微控制器的一 個I/0引腳相連，為單總線通訊方式。時鐘管理器、蜂鳴器、按鍵輸入模塊和液晶顯示模塊均與微控制器 的I/0引腳直接相連。
如圖2所示，電源管理模塊中采用2節(jié)CR2032鈕扣電池(6V)供電，可向微控制器和其它電路提供 3.3V、 -3.3V電壓和2.5V參考電壓。其中，3.3V電壓由6V電壓經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器后獲得，3.3V電壓再經(jīng)電壓 變換器生成-3.3V電壓，2.5V參考電壓由參考電壓源芯片輸出。本方案中，電壓調(diào)節(jié)器采用LM1117-3.3， 電壓變換器采用ICL7660，參考電壓源芯片采用MCP1525。
如圖3所示，恒電位模塊的WE、 CE和RE三個引腳，分別與三電極體系的電化學(xué)生物傳感器的工作 電極、對電極和參比電極相連。傳感器為兩電極體系時，WE接工作電極，CE和RE均與對電極相連。電 化學(xué)生物傳感器工作時的激勵電壓由微控制器的DAC經(jīng)恒電位模塊提供，產(chǎn)生的電流信號經(jīng)運算放大器 轉(zhuǎn)換為電壓信號后輸入至微控制器A/D引腳，由微控制器讀取并進行計算處理。本方案中，運算放大器采 用OPA2227。
在本方案中，E2PROM存儲器采用AT24LC64，時鐘管理器采用DS1302,溫度傳感器采用DS18B20。
本檢測儀在使用時具有兩種方式。方式一，用作電化學(xué)生物傳感器的開發(fā)平臺。在傳感器未開發(fā)成熟 時，用檢測儀考察其電化學(xué)性能；方式二，對電化學(xué)性能穩(wěn)定的傳感器，將其必要參數(shù)和計算方程式寫進 程序，直接由液晶顯示出最后結(jié)果。通過該方式，多種傳感器可使用同一檢測儀。
權(quán)利要求
1、一種電化學(xué)生物傳感器通用便攜式檢測儀，其特征是，包括微控制器、電源管理模塊、恒電位模塊、E2PROM存儲器、時鐘管理器、溫度傳感器、蜂鳴器、按鍵輸入模塊和液晶顯示模塊。電源管理模塊與微控制器的VDD和GND引腳相連。恒電位模塊與微控制器的數(shù)模轉(zhuǎn)換引腳D/A和模數(shù)轉(zhuǎn)換引腳A/D相連。E2PROM存儲器的SCL和SDA引腳分別與微控制器的SCL和SDA引腳相連，通過I2C協(xié)議通訊。溫度傳感器的DQ引腳與微控制器的一個I/O引腳相連，為單總線通訊方式。時鐘管理器、蜂鳴器、按鍵輸入模塊和液晶顯示模塊均與微控制器的I/O引腳直接相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)生物傳感器通用便攜式檢測儀，其特征是，電源管理模塊中采用2節(jié) CR2032鈕扣電池(6V)供電，可向微控制器和其它電路提供3.3V、 -3.3V電壓和2.5V參考電壓。其中， 3.3V電壓由6V電壓經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器后獲得，3.3V電壓再經(jīng)電壓變換器生成-3.3V電壓，2.5V參考電壓由參 考電壓源芯片輸出。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電化學(xué)生物傳感器通用便攜式檢測儀，其特征是，恒電位模塊除了與微控制器 相連之外，還具有WE、 CE和RE三個引腳，分別與三電極體系的電化學(xué)生物傳感器的工作電極、對電極 和參比電極相連。傳感器為兩電極體系時，WE接工作電極，CE和RE均與對電極相連。電化學(xué)生物傳感 器工作時的激勵電壓由微控制器的數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC功能和恒電位模塊提供，產(chǎn)生的電流信號經(jīng)運算放大器 轉(zhuǎn)換為電壓信號后輸入至微控制器A/D引腳。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)生物傳感器通用便攜式檢測儀，其特征是，按鍵輸入模塊由2個按鍵組 成，完成參數(shù)設(shè)置和程序流程控制的功能。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)生物傳感器通用便攜式檢測儀，其特征是，液晶顯示模塊可選用段碼式、 字符點陣或圖形點陣類型。完成參數(shù)設(shè)置提示和結(jié)果顯示功能。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電化學(xué)生物傳感器通用便攜式檢測儀，其特征是，儀器操作過程中和結(jié)果顯示 時，具有蜂鳴器提示聲音。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)生物傳感器通用便攜式檢測儀，其特征是，時鐘管理器和E2PROM存儲 器共同實現(xiàn)對檢測時間和結(jié)果的記錄存儲。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電化學(xué)生物傳感器通用便攜式檢測儀，其特征是，采用混合信號片上系統(tǒng)類型 的微控制器，集成數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC和模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC功能，甚至更多其它功能。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電化學(xué)生物傳感器通用便攜式檢測儀，其特征是，溫度傳感器用來實現(xiàn)溫度檢 測功能，在溫度敏感性高的檢測體系中對結(jié)果進行溫度校正。
全文摘要
一種電化學(xué)生物傳感器通用便攜式檢測儀。以集成數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的微控制器為核心，外圍電路包括電源管理模塊、恒電位模塊、E²PROM存儲器、時鐘管理器、溫度傳感器、蜂鳴器、按鍵輸入模塊和液晶顯示模塊?？膳c常見的具有三電極體系或二電極體系的各種電化學(xué)生物傳感器，尤其是小型或微型的電化學(xué)生物傳感器芯片配合使用，實現(xiàn)計時電流法、計時電量法和多種伏安法檢測功能，同時可對檢測結(jié)果進行溫度校正。本發(fā)明以高集成度、低功耗、實用性為原則設(shè)計。儀器體積小，采用電池供電，具有便攜性，適合在醫(yī)療檢測、食品安全和環(huán)境保護等領(lǐng)域的分析現(xiàn)場使用，能夠滿足快速檢測的要求。
文檔編號G01N27/26GK101661015SQ200910195388
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月9日
發(fā)明者左少華 申請人:上海睿興實業(yè)有限公司;左少華